黃在京 王天剛 羅繼亮

（廣西北部灣新材料有限公司，廣西 北海 536017）

0 前言

目前，高爐采用的是敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)（也叫凈循環(huán)冷卻系統(tǒng)），即從高爐被冷卻構(gòu)件流出來(lái)的熱水經(jīng)管道流入泵站熱水池，用泵送上冷卻塔，經(jīng)蒸發(fā)與空氣的熱交換，被冷卻的降溫水流回泵站冷水池，再用水泵加壓送至高爐被冷卻構(gòu)件的循環(huán)系統(tǒng)。

為了使送上冷卻塔的熱水快速冷卻，需在冷卻塔上安裝風(fēng)機(jī)，通過(guò)風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)使進(jìn)入冷卻塔的水流快速散熱冷卻。沒(méi)有改造的風(fēng)機(jī)均是需要電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，經(jīng)過(guò)對(duì)部分風(fēng)機(jī)的改造，目前高爐一期冷卻塔上的10臺(tái)風(fēng)機(jī)已有5臺(tái)是水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)。

1 水輪機(jī)的工作原理

水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動(dòng)力裝置，按工作原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類。沖擊式水輪機(jī)是通過(guò)水流沖擊轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，主要是動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。反擊式水輪機(jī)則是利用水流的反作用力推動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中水流的壓

力能和動(dòng)能都得到了利用[1]。

高爐一期凈循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用的混流反擊式水輪機(jī)型，該水輪機(jī)工作過(guò)程為：熱水經(jīng)過(guò)管道進(jìn)入蝸殼后，隨著蝸殼引到座環(huán)，又通過(guò)導(dǎo)水葉片流向轉(zhuǎn)輪，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。從轉(zhuǎn)輪出來(lái)的水排向出水管，最后從出水管排除進(jìn)入冷卻塔填料，主軸隨轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的風(fēng)與進(jìn)入填料的水進(jìn)行換熱。

2 冷卻塔降水溫降溫幅度

用于高爐被冷卻構(gòu)件的水溫要求：≤30℃，進(jìn)入循環(huán)水池的熱水和出循環(huán)水池的冷水水見表1。一般情況下，高爐下來(lái)是熱水進(jìn)入熱水池后溫度會(huì)降至32 ℃～36 ℃，經(jīng)過(guò)冷卻塔冷卻后的水溫在30 ℃以下，冷卻塔的降溫幅度在5 ℃左右。

3 冷卻塔改造

3.1 冷卻塔改造的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

冷卻塔改造的水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

表1 進(jìn)入循環(huán)水池的熱水和出循環(huán)水池的冷水水溫

3.2 冷卻塔改造實(shí)施主要步驟

通過(guò)對(duì)原有電機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，可以實(shí)現(xiàn)使用水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，冷卻塔改造前、后對(duì)比圖如圖2所示。主要改造步驟有2個(gè)。1）先將原電機(jī)、傳動(dòng)軸、減速機(jī)等拆除，安裝新型水輪機(jī)。2）將原進(jìn)水管向上延伸至水輪機(jī)入水口高度，水輪機(jī)入水口連接進(jìn)水管，出口連接布水管。而原進(jìn)水管與布水管相連處安裝調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)水輪機(jī)進(jìn)水量，其他部件不變[2]。

3.3 改造排序圖

圖1 水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 冷卻塔改造前、后對(duì)比圖

此次水輪機(jī)改造如圖3所示。

圖3 水輪機(jī)改造

高爐一期凈循環(huán)冷卻塔建設(shè)初期，10個(gè)風(fēng)機(jī)均設(shè)計(jì)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配置45 kW功率的電機(jī)。改為水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)后，進(jìn)水管揚(yáng)程變長(zhǎng)，再加上水輪機(jī)的阻力，供水流量減少。另外，電動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 480 r/min，而水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速只有100 r/min～300 r/min，轉(zhuǎn)速降低意味著單位時(shí)間內(nèi)冷卻效果的降低?？紤]到在不增加水泵功率及明顯降低冷卻效果的情況下，此次采取間隔式改造，這樣匯集到冷水池的水混合后，加上補(bǔ)充水，水溫就能滿足高爐要求。

4 水輪機(jī)改造后的效果

4.1 節(jié)能效果

按改造1臺(tái)電動(dòng)風(fēng)機(jī)計(jì)算，電機(jī)功率為45 kW，電機(jī)日耗電量為：45×24=1080kW·h，年耗電量為：1080×360=388800 kW·h（冷卻塔為全年全天候運(yùn)行，除去停機(jī)維修時(shí)間約5 d）。按平均電價(jià)0.5元/ （kW·h）計(jì)，每年約需電費(fèi)為：0.5/10000×388800=19.44萬(wàn)元。

水輪機(jī)的能源由加壓水泵提供，以上改造是在不增加水泵功率的前提下進(jìn)行，因此風(fēng)機(jī)改成水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)后，加壓水泵無(wú)耗電量增長(zhǎng)。那么，每年可以減少電耗為：5×388800=1944000 kW·h，節(jié)約電費(fèi)為：5×19.44=97.2萬(wàn)元。

4.2 改造效果確認(rèn)

高爐一期凈循環(huán)冷卻塔節(jié)能改造，是基于不增加水泵功率、不降低水處理量和不超高爐對(duì)冷水水溫要求的前提下進(jìn)行，改造后效果見表2。

表2 改造后效果

5 結(jié)論

冷卻塔水輪機(jī)代替電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)可以將水流能量利用起來(lái)，達(dá)到降低能耗的目的，為企業(yè)節(jié)約成本。

受水泵功率、冷水溫度要求以及水處理量的限制，不能對(duì)電動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行全部改造。采用間隔式改造，既可以達(dá)到節(jié)能的目的，又不會(huì)影響冷卻效果，在一定程度上減少了水霧對(duì)周邊設(shè)施的影響。